雙激光共聚焦生物芯片熒光分析儀的研究與開發(fā).pdf

1、生物芯片技術是生命科學領域中迅速崛起的一項高新技術,它以玻片、硅片或尼龍等為載體,在其表面高密度地排列大量的生物材料,實現(xiàn)對DNA、蛋白質、細胞以及其他生物組分的準確、快速、并行和大信息量的檢測和分析,可廣泛應用于藥物研究、疾病診斷、基因結構與功能研究等領域.生物芯片采用分子雜交原理進行工作,將待測樣品加以熒光染料標記,然后與已知結構的生物芯片進行充分雜交,用熒光分析儀檢測發(fā)生雜交反應位置處的熒光信號.因此,熒光分析儀是獲取生物芯片信息

2、的必備儀器,也是決定生物芯片能否得到廣泛應用的關鍵儀器.該論文主要涉及激光共聚焦生物芯片熒光分析儀的設計與實現(xiàn),詳細論述了儀器的設計方案、性能指標、實驗測試及結果分析,研究如何在降低成本的前提下,開發(fā)出具有自主知識產權、性能良好的生物芯片分析儀器,從產業(yè)化的角度出發(fā),做了一些有益的探索工作,初步完成了實驗樣機的研制.樣機中,熒光的激發(fā)光源為532nm的綠激光和635nm的紅激光,采用一個光電倍增管分時實現(xiàn)了Cy3和Cy5兩種熒光信號的檢

3、測,生物芯片的一維掃描由振鏡與遠心f-theta物鏡實現(xiàn),另一維掃描由步進電機驅動精密導軌實現(xiàn).結合具體的設計參數(shù),分析了熒光分析儀的分辨率、信噪比、探測靈敏度及動態(tài)范圍,討論了它的重復性與穩(wěn)定性,研究了f-theta物鏡的殘留畸變和振鏡的響應誤差對掃描均勻性的影響,提出了光電倍增管的自動增益控制方法及串擾誤差的校正方法.綠光掃描時,熒光分析儀的光學分辨率可達到5μm,Cy3熒光的探測靈敏度為1fluor/μm<'2>,動態(tài)范圍大于10

4、<'3>,完成5tm雙光掃描耗時400秒,比大部分現(xiàn)有同類產品的掃描速度快.樣機集成有嵌入式操作系統(tǒng)以及顯示打印部件,數(shù)據(jù)處理與分析由DSP完成,熒光圖像及診斷結果可以在液晶屏上顯示,也可通過熱敏打印機給出.整臺樣機面向醫(yī)院應用,生物芯片的檢測分析自動完成,操作方便.該論文還研究了生物芯片熒光圖像的基本處理技術.設計了一種圖像增強算法,可在濾除脈沖噪聲的同時,校正熒光圖像中的緩慢背景變化;根據(jù)圖像的行列投影,實現(xiàn)了分子靶點的自動定位;針